Vacuostato: dispositivo e princípio de operação + nuances de seleção e conexão

Um dispositivo elétrico, um disjuntor a vácuo, é um dispositivo destinado à operação como parte de redes elétricas de alta tensão.Seu nome deve-se a uma característica de design - uma câmara de vácuo, graças à qual é alcançada a extinção instantânea do arco elétrico.

O dispositivo é utilizado como interruptores projetados para desligar equipamentos em caso de situações de emergência ou como parte da operação de rotina. Vamos dar uma olhada mais de perto no que é um comutador a vácuo e por que ele é necessário.

Como funciona um vacuostato de alta tensão?

A base para a funcionalidade das câmaras de vácuo utilizadas no projeto de interruptores são as propriedades físicas do gás no estado descarregado. Sob tais condições, a propriedade do gás, caracterizada como rigidez elétrica, muda significativamente no sentido de aumentar.

Este efeito de um ambiente altamente rarefeito (variação de 10^-6 para 10^-8 N/cm²) é usado com sucesso em projetos de interruptores complementados com câmaras de vácuo de gás através das quais passam grupos de contatos elétricos.

Um dos modelos de disjuntor a vácuo é um dispositivo utilizado na operação de redes elétricas de potência. O aparelho é considerado mais moderno e confiável em comparação com aparelhos semelhantes, mas de tipo diferente.

A corrente que flui pelos grupos de contato (no momento em que o contato é desconectado) forma uma descarga elétrica - um arco.A combustão do arco ocorre devido à ionização parcial dos vapores metálicos, inevitavelmente formados a partir de altas temperaturas. A passagem de corrente entre os contatos através do plasma formado é mantida até que a corrente passe para o barramento zero.

Assim que chega o momento de transição para “zero”, o arco elétrico se apaga. O processo geral não leva mais do que 7 a 10 microssegundos.

Projeto de vacuostatos

A variedade de disjuntores a vácuo, levando em consideração seu design, é bastante grande. Portanto, é difícil fornecer características desses dispositivos como um todo. Entretanto, independentemente das diferenças de design, o princípio de funcionamento permanece inalterado.

Diagrama de blocos do explosivo: 1 – terminal superior; 2 – câmara de vácuo; 3 – isolante polimérico; 4 – menor produção; 5 – tira de contato; 6 – mola de força; 7 – haste de tração; 8 – mola de viagem; 9 – alavanca de câmbio; 10 – eixo de transmissão; 11 – lançamento; 12 - corpo

Vamos considerar para informações gerais interruptor de vácuo tripolar, equipado com acionamento por motor de mola. Este dispositivo foi projetado para instalação interna ou externa. Em qualquer caso, a sua instalação realiza-se no interior de caixas metálicas de distribuição especiais.

Os dispositivos podem ser utilizados em diversas áreas da economia nacional. No entanto, existem algumas limitações.

Assim, os disjuntores a vácuo não se destinam à instalação e posterior operação nas seguintes condições:

• salas onde haja incêndio ou atmosfera explosiva;
• instalações projetadas para permitir trocas frequentes;
• instalações do tipo móvel (móvel);
• sistemas energéticos de embarcações marítimas e fluviais.

Os disjuntores do tipo vácuo geralmente têm dois tipos de design:

1. Para instalação permanente.
2. Para instalação com carrinho de hardware.

Independentemente do projeto, a área do corpo do dispositivo contém três pólos equipados com câmaras de extinção de arco.

Dentro das câmaras de vácuo existem contatores móveis acionados por um mecanismo de motor de mola. O corpo do dispositivo é complementado por um painel frontal que contém elementos de exibição e dispositivos de controle.

Elementos principais externos da chave: 1 – pólos do dispositivo; 2 – mecanismo de travamento de acionamento; 3 – janela para levantamento; 4 – alça mecânica que bloqueia circuitos externos

Os três pólos do circuito principal são feitos em forma de colunas. A localização dos pólos geralmente fica na parte traseira do chassi do motor de mola. Cada poste está equipado com uma câmara de extinção de arco, que é encerrada dentro de um isolador de polímero. Para aumentar a resistência elétrica, o corpo do isolador possui formato estriado.

Dentro de cada câmara de vácuo é montado um grupo de contato de dois elementos - móvel e fixo. O elemento de contato móvel é conectado ao mecanismo de comutação através de um isolador de tração. A seguir vem a conexão com o pino de contato inferior. E o contato fixo é conectado através de um encaixe cônico ao terminal de contato superior do dispositivo.

Como funciona o switch drive?

Os contatos móveis das câmaras de vácuo são conectados mecanicamente ao eixo do acionamento do motor por mola. Devido à mola de força, que é pré-armada (definida para o estado de tensão), o acionamento pode ser facilmente ativado simplesmente pressionando um botão de controle ou outro mecanismo.

Diagrama de blocos de uma câmara de vácuo: 1 – bloco terminal de contato fixo; 2 – contato fixo; 3 – contato móvel; 4 – tela metálica; 5 – isolador cerâmico (polímero); 6 – fole; 7 – bloco terminal de contato móvel

A mola (geralmente duas molas) é carregada por uma transmissão por corrente. O modo normal de operação do equipamento envolve o carregamento da mola por meio de um motor elétrico equipado com caixa de câmbio. Ao mesmo tempo, existe uma alavanca de armar manual, que é utilizada em caso de acidentes ou perda de potência.

A mola armada é fixada pelo mecanismo de gatilho. Este mecanismo é controlado por um acionamento eletromagnético ou por um botão liga / desliga. Assim que o modo de ativação é ativado, o travamento é liberado, a força de tração da mola aciona o mecanismo de came. Este, por sua vez, atua sobre o eixo, que está conectado mecanicamente ao mecanismo de comutação dos contatos móveis das câmaras de vácuo.

A operação de desligamento do disjuntor a vácuo é realizada ativando o modo “Desligado” - com um eletroímã ou botão. A sequência de ações é quase a mesma do primeiro modo. As molas de energia de desarme também estão envolvidas aqui, cujo estado é definido pelo gatilho de desarme.

Painel de controle e elementos de indicação: 1 – modo “ligado”; 2 – modo “desligado”; 3 – estado armado da mola; 4 - estado de primavera liberada

A conveniência de operação e controle do dispositivo é fornecida pelo painel de controle. Ao longo da parte frontal do painel existem elementos: um contador de ciclos, um indicador de status da mola de carga e um indicador de status do vacuostato.

Características de estruturas extraíveis

O equipamento extraível é montado na base de um carrinho especial para equipamentos. Usando este acessório, o switch é inserido dentro ou fora do gabinete.

O carrinho de hardware atua não apenas como transporte para o dispositivo, mas também como um controlador para colocar o dispositivo em modo de teste ou em modo de operação assim que o interruptor é empurrado para dentro do gabinete.

Carrinho de ferragens: 1 – rolo (4 unid.); 2 – base; 3, A – base móvel; 4 – alça (2 peças); 5 – soquete de botão; 6 – barra de bloqueio; 7 – elemento de fixação; 8 – conector do circuito secundário; 9 – mecânica de travamento do dispositivo; 10 – bloqueio de contatos; 11 – barra de fixação com parafuso; B – parte fixa

O vacuostato é fixado diretamente na parte móvel do carrinho. A fixação é realizada por meio de conexões aparafusadas. Enquanto isso, o carrinho de ferragens também possui uma parte estacionária, onde é fixado o acionamento da parte móvel. A movimentação do módulo móvel em relação ao estacionário é realizada pelo parafuso da alavanca de controle do carrinho.

A parte móvel é uma base metálica sobre quatro rodas, tratada com revestimento galvânico. Possui travamento mecânico externo (barra de pressão) do eletrodo de aterramento, trava de parafuso de acionamento, contatos de bloco, mecanismo de travamento de chave e outros elementos que garantem movimentação ou fixação.

Instalação e conexão do dispositivo

Antes de iniciar a instalação de um disjuntor a vácuo, é necessário inspecionar todos os elementos acessíveis externamente para garantir que não haja danos ou defeitos. Em seguida, as superfícies isolantes dos postes são limpas com um pano seco e sem fiapos.

Não é permitida a introdução de equipamentos no sistema se houver lascas, trincas ou áreas deformadas nas superfícies isolantes. Deve ser verificado o circuito dos circuitos secundários, bem como a ligação do barramento do chassi.

Verificando o dispositivo instalado. É importante aqui verificar cuidadosamente cada detalhe, cada elemento de fixação. Dispositivos de alta tensão não perdoam nem o menor erro

Antes da instalação, a funcionalidade do interruptor deve ser verificada ligando-o manualmente (inativo sem energia) e certifique-se de que os indicadores do painel de controle estejam na posição correta. Então você precisa verificar a presença das tampas dos postes. Se for usado equipamento com classificação 1600A e superior, as tampas de proteção deverão ser removidas antes da instalação.

Conecte-se diretamente à rede

Os terminais das pontas de contato dos condutores do cabo de alimentação devem ser limpos antes de conectar aos terminais da chave.

O procedimento de decapagem difere dependendo do material terminal utilizado:

• Para terminais de cobre e alumínio sem revestimento adicional, a limpeza é realizada com lixa de grão M20 ou inferior, seguida de desengorduramento da superfície metálica.
• Se os terminais de cobre ou alumínio estiverem revestidos com uma camada de prata, basta limpá-los com um pano sem fiapos.

É inaceitável o uso de cabos cujo revestimento prateado dos terminais esteja danificado em uma área superior a 5%. Neste caso, o elemento danificado deve ser substituído. Mais informações sobre terminais para conexão de fios podem ser encontradas em este material.

Os condutores externos são conectados aos terminais do vacuostato de forma que nenhuma força mecânica seja criada nos terminais do dispositivo a partir dos condutores externos. As conexões são feitas por meio de um acoplamento de parafuso com arruelas metálicas elásticas planas.

Como é feito o aterramento?

Os dispositivos estacionários são conectados à plataforma “aterrada” por meio de uma conexão aparafusada (M12) diretamente no ponto marcado como “Aterramento”.

Elementos estruturais do carrinho do equipamento e chassi da chave através dos quais o dispositivo é aterrado. Via de regra, esses pontos são marcados com um sinal correspondente próximo ao elemento

A área do ponto de contato “Aterramento” deve ser desengraxada antes da conexão. O condutor de aterramento deverá ser um barramento de seção transversal suficiente (Normas de Instalação Elétrica), um fio flexível ou um condutor trançado. Antes de colocar o condutor na almofada de contato, lubrifique as superfícies de contato com um lubrificante especial (CIATIM-203).

O design do tipo extraível é fundamentado nos elementos do carrinho do equipamento. O aterramento do disjuntor a vácuo é realizado através da estrutura do carrinho de ferragens, para o qual também existem elementos de fixação.

Colocando o dispositivo em operação

O dispositivo é colocado em operação após uma verificação adicional do equipamento instalado e preparado. Em particular, são verificados a confiabilidade do aterramento, o estado de fixação dos componentes da montagem e o acesso do meio de resfriamento a elementos potencialmente de aquecimento.

As superfícies das hastes condutoras de corrente em contato com as lamelas dos grupos de contato da roseta devem ser tratadas com uma pequena quantidade de lubrificante CIATIM. Em geral, é necessário realizar todos os procedimentos previstos pelo PES em caso de testes de aceitação e garantir que a tensão de funcionamento corresponde aos limites permitidos.

Instalação de disjuntor a vácuo. Os trabalhos de instalação são realizados apenas por pessoal qualificado. Os mesmos requisitos se aplicam ao pessoal selecionado para fazer manutenção em equipamentos de alta tensão.

O pessoal que tem permissão para fazer manutenção em instalações elétricas operando em tensões acima de 1000 volts está autorizado a operar o disjuntor a vácuo. O grupo de acesso aprovado para pessoal de serviço não deve ser inferior a um terceiro. Antes de começar a trabalhar com os equipamentos, o pessoal passa por um mínimo técnico para estudar os meandros de um determinado modelo de equipamento.

Como escolher um disjuntor a vácuo?

O dispositivo é selecionado levando em consideração seus parâmetros nominais, que são considerados em relação aos parâmetros da rede existente no local de instalação. A escolha é feita de acordo com o critério dos modos de operação com carga máxima esperados para as condições de operação.

A tensão nominal do disjuntor a vácuo pode ser igual (ou aumentada) em relação à tensão nominal do sistema alimentado pelo disjuntor.

O parâmetro de corrente nominal de longo prazo é selecionado acima da corrente nominal do sistema fornecido. O parâmetro de corrente de corte nominal é selecionado acima do valor máximo corrente nominal Curto-circuito (é levado em consideração o momento de divergência do contato).

A placa de especificações técnicas é a primeira coisa que você presta atenção ao escolher um switch. Com base nos valores dos parâmetros, você já pode determinar se o dispositivo é adequado para uma instalação específica ou não

Do ponto de vista das possíveis condições de curto-circuito, a escolha é feita tendo em conta as condições mais severas.

O valor da componente aperiódica é calculado levando em consideração as condições de curto-circuito com tensão zero em qualquer uma das linhas de fase. Neste caso, deve-se levar em consideração o parâmetro de corrente aperiódica definido pelo fabricante do equipamento.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Você pode aprender ainda mais material sobre o projeto, princípio de operação e condições de instalação de um disjuntor a vácuo no vídeo a seguir:

Os vacuostatos diferem de outros tipos de dispositivos em sua estrutura relativamente simples e confiável. Portanto, esse tipo de equipamento funciona por muito tempo sem reclamações. A vida útil natural é determinada pelo número de operações igual a pelo menos 20.000. Desde que a manutenção seja realizada em tempo hábil, essa vida útil aumenta em 5 a 10%.Enquanto isso, a manutenção de explosivos é limitada a um pequeno número de operações leves.

Se, ao ler as informações, você tiver dúvidas sobre o tema do artigo ou tiver informações valiosas que possa compartilhar com nossos leitores, deixe seus comentários, compartilhe sua experiência e tire dúvidas no bloco abaixo do artigo.